风力发电机组结冰预警系统、方法及存储介质

技术领域

本发明涉及结冰监测技术领域，具体地涉及一种风力发电机组结冰预警系统、一种风力发电机组结冰预警方法和一种计算机可读存储介质。

背景技术

在高海拔和湿冷地区的冬季，现有的发电机组经常发生结冰冻结现象。当发电机组叶片结冰时，会造成机组功率下降、叶片转动不平衡严重影响机组的安全运行；同时，机舱上部风速风向仪结冰也会影响发电机组的对风偏航和功率控制等功能。

现有技术中，针对叶片结冰已经具有相应的解决方案，例如叶片涂抹疏水材料、空气加热除冰、碳纤维膜加热除冰等技术；针对风速风向的结冰也有伴热系统。

但是在判定结冰方式上并没有成熟的系统，现有方案一般增加部分结冰传感器，将信号传输至发电机组的主控PLC中，这种方案一方面会增加PLC的运算负担，另一方便设备的可靠性也不高；基本还处于人工判断为主，设备判定结冰作为辅助，结冰判断的及时性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组结冰预警系统、方法及存储介质，解决现有的风力发电机组的结冰判断存在着可靠性低、及时性较差等问题。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种风力发电机组结冰预警系统，所述系统包括：至少一个传感器模块、至少一个无线终端和上位机；

每一传感器模块包括多个前端传感器，每一传感器模块的多个前端传感器分别布置在发电机组的多个目标位置上，所述前端传感器用于监测发电机组对应目标位置的环境数据信号，将监测到的环境数据信号上传至对应的无线终端；

每一无线终端安装在对应的发电机组上，每一无线终端与对应的发电机组上多个前端传感器通信连接，每两个无线终端之间通过无线互联；

位于上位机通信范围内的无线终端与上位机通信连接，位于上位机通信范围外的无线终端将接收到的环境数据信号传输至位于上位机通信范围内的无线终端，位于上位机通信范围内的无线终端将接收到的环境数据信号上传至上位机；

所述上位机用于对接收到的环境数据信号进行分析，得到每台发电机组的结冰状态，根据结冰状态生成结冰预警。

优选地，每一前端传感器包括单片机、温湿度传感器、结冰传感器和大气压传感器，所述温湿度传感器、结冰传感器和大气压传感器均与单片机电性连接；

每台发电机组上的多个单片机与对应的无线终端通信连接。

优选地，每台发电机组上的多个单片机与对应的无线终端通过总线连接。

优选地，还包括：SCADA单元和解冻单元；

所述SCADA单元与上位机通信连接，用于获取上位机生成的结冰预警，根据结冰预警生成解冻指令，将解冻指令发送至解冻单元；

所述解冻单元安装在发电机组的叶片内，所述解冻单元与SCADA单元通信连接，所述解冻单元用于执行解冻指令，以对发电机组的叶片进行解冻。

优选地，所述发电机组包括塔筒和设置在塔筒顶部的机舱；

所述目标位置包括机舱顶部、塔筒中部和塔筒底部；每一传感器模块包括三个前端传感器，三个前端传感器分别安装在对应的机舱顶部、塔筒中部和塔筒底部。

另一方面，一种风力发电机组结冰预警方法，应用于上位机，所述方法包括：

获取每台发电机组的多个目标位置的环境数据信号；

根据多个目标位置的环境数据信号，确定每台发电机组的结冰状态；

根据每台发电机组的结冰状态，生成结冰预警。

优选地，每台发电机组的每一目标位置布置有前端传感器，且每台发电机组上布置有无线终端；每台发电机组的每一目标位置的环境数据信号由该目标位置的前端传感器采集，前端传感器将采集到的环境数据信号上传至无线终端；

所述方法还包括：

根据上位机的通信范围将无线终端划分为第一终端和第二终端，所述第一终端位于上位机的通信范围内，所述第二终端位于上位机的通信范围之外；

确定每台第二终端与上位机之间的信号传输路径，每台第二终端以对应的信号传输路径将接收到的环境数据信号传输至该信号传输路径上的第一终端，所述上位机从第一终端获取每台发电机组的多个目标位置的环境数据信号。

优选地，在每条信号传输路径上具有至少一个第二终端；

所述方法还包括：在每条信号传输路径上，任一台第二终端接收到上一台第二终端发送的环境数据信号后，对该环境数据信号进行信号放大处理。

优选地，所述方法还包括：

将结冰预警发送至SCADA单元，以使SCADA单元根据结冰预警生成解冻指令，并将解冻指令发送至解冻单元，以在解冻单元执行解冻指令时对发电机组的叶片进行解冻。

另一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的风力发电机组结冰预警方法。

通过上述技术方案，本发明至少具有如下技术效果：

1、本发明在每一发电机组上安装多个前端传感器，能避免单一传感器器在检测过程中受其他因素干扰较大，而导致测量数据不稳定和误判情况多；本发明的预警系统能提高数据的可靠性和正确性；

2、本发明的每个无线终端都可以作为数据传输的起点，无线终端之间可以相互通信，可提高数据传输的稳定性和可靠性，同时节约了现场施工的成本；

3、无线终端将环境数据信号汇总至一台上位机中，一方面节省机组PLC系统的运算能力，另一方面可以将现场多台发电机组的环境数据信号进行整合，方便风电场结冰参数的整体数据分析和处理。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一种实施方式提供的风力发电机组结冰预警系统的构架图；

图2是本发明一种实施方式提供的传感器模块再发电机组上的布局示意图；

图3是本发明一种实施方式提供的传感器模块的框图；

图4是本发明一种实施方式提供的风力发电机组结冰预警方法的流程图。

附图标记说明

1-无线终端；2-上位机；3-前端传感器；4-SCADA单元；5-叶片；6-塔筒；7-机舱；301-单片机；

302-温湿度传感器；303-结冰传感器；304-大气压传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

实施例一

图1是本发明一种实施方式提供的风力发电机组结冰预警系统的构架图，如图1所示，本实施例提供一种风力发电机组结冰预警系统，所述系统包括：至少一个传感器模块、至少一个无线终端1和上位机2；其中，传感器模块和无线终端1的数量与风力发电机组的数量一一对应，即每台风力发电机组上均安装有一个传感器模块和一个无线终端1；

每一传感器模块包括多个前端传感器3，每一传感器模块的多个前端传感器3分别布置在发电机组的多个目标位置上，所述前端传感器3用于监测发电机组对应目标位置的环境数据信号，将监测到的环境数据信号上传至对应的无线终端1；

其中，目标位置可以是发电机组上的任意一个位置，利用多个前端传感器3采集发电机组上不同位置的环境数据信号，能提高发电机组的叶片5结冰检测的准确度；

每一无线终端1安装在对应的发电机组上，每一无线终端1与对应的发电机组上多个前端传感器3通信连接，每两个无线终端1之间通过无线互联；

位于上位机2通信范围内的无线终端1与上位机2通信连接，位于上位机2通信范围外的无线终端1将接收到的环境数据信号传输至位于上位机2通信范围内的无线终端1，位于上位机2通信范围内的无线终端1将接收到的环境数据信号上传至上位机2；

所述上位机2用于对接收到的环境数据信号进行分析，得到每台发电机组的结冰状态，根据结冰状态生成结冰预警。

在本实施例中，无线终端1采用MESH的无线方式，本实施例的每一个无线终端1都可以作为数据传输的起点，无线终端1之间可以相互通信，在上位机2的通信范围之外的无线终端1，该无线终端1将其采集到的环境数据信号传输到位于上位机2通信范围之内的无线终端1，再由位于上位机2通信范围之内的无线终端1将所有发电机组的环境数据信号上传至上位机2，上位机2通过对所有环境数据信号进行分析，得到每台发电机组的结冰状态，本实施例的结冰状态包括：结冰范围、结冰厚度等状态。

因此，本实施例通过在每一发电机组上安装多个前端传感器3，能避免单一传感器器在检测过程中受其他因素干扰较大，而导致测量数据不稳定和误判情况多；本发明的预警系统能提高数据的可靠性和正确性；其次，每个无线终端1都可以作为数据传输的起点，无线终端1之间可以相互通信，可提高了数据传输的稳定性和可靠性，同时节约了现场施工的成本；无线终端1将环境数据信号汇总至一台上位机2中，一方面节省机组PLC系统的运算能力，另一方面可以将现场多台发电机组的环境数据信号进行整合，方便风电场结冰参数的整体数据分析和处理。

作为本实施例的进一步优化，如图2所示，每一前端传感器3包括单片机301、温湿度传感器302、结冰传感器303和大气压传感器304，所述温湿度传感器302、结冰传感器303和大气压传感器304均与单片机301电性连接；

每台发电机组上的多个单片机301与对应的无线终端1通信连接；在本实施例中，同一台的发电机组上的多个单片机301通过总线与该台发电机组上的无线终端1通信连接，例如可将多个单片机301并联在一根电缆上，电缆与无线终端1通信连接，节省现场电缆使用情况，降低成本。

作为本实施例的进一步优化，所述发电机组包括塔筒6和设置在塔筒6顶部的机舱7，本实施例的目标位置包括机舱7的顶部位置、塔筒6的中部位置和塔筒6的底部位置；则每一传感器模块包括三个前端传感器3，三个前端传感器3分别安装在对应的机舱7顶部、塔筒6中部和塔筒6底部。

在本实施例中，每台发电机组的环境数据信号包括：机舱7顶部附近的温湿度、大气压和该位置监测到的叶片5结冰数据，塔筒6中部附近的温湿度、大气压和该位置监测到的叶片5结冰数据，塔筒6底部附近的温湿度、大气压和该位置监测到的叶片5结冰数据，每台发电机组上的前端传感器3将采集到的上述环境数据信号传输到单片机301，单片机301对上述环境数据信号进行打包，并对打包后的数据进行发电机组的位置进行地址编码，具有地址编码的打包数据通过线缆上传到无线终端1；本实施例的单片机301的输出方式采用modbusTCP协议，无线终端1可将modbusTCP协议的传输方式由电缆转换为无线传输。

作为本实施例的进一步优化，所述系统还包括：SCADA单元4和解冻单元；

所述SCADA单元4与上位机2通信连接，用于获取上位机2生成的结冰预警，根据结冰预警生成解冻指令，将解冻指令发送至解冻单元，本实施例的SCADA单元4与上位机2之间同样采用modbusTCP协议；上位机2对接收到的环境数据信号进行整理、对比、分析和学习，可得到每台发电机组的结冰状态，上位机2再根据结冰状态生成结冰预警，结冰预警可以直接发送到SCADA单元4，SCADA单元4根据结冰预警生成解冻指令；

所述解冻单元安装在发电机组的叶片5内，所述解冻单元与SCADA单元4通信连接，所述解冻单元用于执行解冻指令，以对发电机组的叶片5进行解冻；

在本实施例中，解冻单元可以是电加热器，利用电加热器对叶片5进行加热，实现对叶片5进行去冰。

实施例二

图4是本发明一种实施方式提供的风力发电机组结冰预警方法的流程图，如图4所示，基于实施例一同样的发明构思，本实施例还提供一种风力发电机组结冰预警方法，应用于上位机2，所述方法包括：

步骤S101：获取每台发电机组的多个目标位置的环境数据信号；

步骤S102：根据多个目标位置的环境数据信号，确定每台发电机组的结冰状态，本实施例的结冰状态包括：结冰范围、结冰厚度等状态；

步骤S103：根据每台发电机组的结冰状态，生成结冰预警。

本实施例通过获取每台发电机组的多个目标位置的环境数据信号，能避免单一传感器器在检测过程中受其他因素干扰较大，而导致测量数据不稳定和误判情况多，本实施例的预警方法能提高数据的可靠性和正确性。

作为本实施例的进一步优化，每台发电机组的每一目标位置布置有前端传感器3，且每台发电机组上布置有无线终端1；每台发电机组的每一目标位置的环境数据信号由该目标位置的前端传感器3采集，前端传感器3将采集到的环境数据信号上传至无线终端1；

所述方法还包括：

步骤a01：根据上位机2的通信范围将无线终端1划分为第一终端和第二终端，所述第一终端位于上位机2的通信范围内，所述第二终端位于上位机2的通信范围之外；

步骤a02：确定每台第二终端与上位机之间的信号传输路径，每台第二终端以对应的信号传输路径将接收到的环境数据信号传输至该信号传输路径上的第一终端，所述上位机2从第一终端获取每台发电机组的多个目标位置的环境数据信号。

在本实施例中，确定每台第二终端与上位机之间的信号传输路径，包括：

获取每台第一终端的位置信息、每台第二终端的位置信息和上位机2的位置信息；

根据每台第二终端的位置信息与上位机2的位置信息，构建每台第二终端的传输方向线，即在第二终端的位置与上位机2的位置之间做一条参考直线，该参考直线作为该台第二终端的传输方向线；

获取与传输方向线相距最小距离的第一终端和第二终端，即计算出其他第一终端和第二终端与该条传输方向线上的相距距离，然后获取最小距离的第一终端和第二终端；

在与传输方向线相距最小距离的第一终端和第二终端中，判断需要发送环境数据信号的第二终端(简称为初始第二终端)的通信范围内是否存在第一终端，即判断每个第二终端在自身的通信范围内是否存在第一终端，若存在第一终端，将该初始第二终端的环境数据信号发送到第一终端，若不存在第一终端，则在该初始第二终端的通信范围内查找相距最远的第二个第二终端，初始第二终端将环境数据信号发送至第二个第二终端，第二个第二终端再次判断自身通信范围内是否存在第一终端，若不存在继续将环境数据信号发送至下一个第二终端，直至将环境数据信号发送至第一终端。

在本实施例中，若存在部分第二终端出现故障等异常状态时，处于异常状态的第二终端无法接收初始第二终端发送的环境数据信号；在与传输方向线相距最小距离的第一终端和第二终端中，初始第二终端的通信范围内不存在正常工作状态的第二终端时，在该初始第二终端的通信范围内查找与上位机2相距最近的第二终端，初始第二终端将环境数据信号发送至查找出新的第二终端，以新的第二终端的传输方向线继续传输该环境数据信号，直至将环境数据信号发送至第一终端。

作为本实施例的进一步优化，在每条信号传输路径上具有至少一个第二终端；

所述方法还包括：在每条信号传输路径上，任一台第二终端接收到上一台第二终端发送的环境数据信号后，对该环境数据信号进行信号放大处理，可以大大增加信号的稳定性和可靠性。

作为本实施例的进一步优化，所述方法还包括：将结冰预警发送至SCADA单元4，以使SCADA单元4根据结冰预警生成解冻指令，并将解冻指令发送至解冻单元，以在解冻单元执行解冻指令时对发电机组的叶片5进行解冻。

本实施例的上位机2对接收到的环境数据信号进行整理、对比、分析和学习，可得到每台发电机组的结冰状态，上位机2再根据结冰状态生成结冰预警，结冰预警可以直接发送到SCADA单元4，SCADA单元4根据结冰预警生成解冻指令；

所述解冻单元安装在发电机组的叶片5内，所述解冻单元与SCADA单元4通信连接，所述解冻单元用于执行解冻指令，以对发电机组的叶片5进行解冻；

在本实施例中，解冻单元可以是电加热器，利用电加热器对叶片5进行加热，实现对叶片5进行去冰。

基于实施例一同样的发明构思，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的致密砂岩气藏完井液适应性评价方法。

本实施例通过在每一发电机组上安装多个前端传感器3，能避免单一传感器器在检测过程中受其他因素干扰较大，而导致测量数据不稳定和误判情况多；本发明的预警系统能提高数据的可靠性和正确性；其次，每个无线终端1都可以作为数据传输的起点，无线终端1之间可以相互通信，可提高了数据传输的稳定性和可靠性，同时节约了现场施工的成本；无线终端1将环境数据信号汇总至一台上位机2中，一方面节省机组PLC系统的运算能力，另一方面可以将现场多台发电机组的环境数据信号进行整合，方便风电场结冰参数的整体数据分析和处理。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。存储器是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。